CN209921457U - 仿生四足机器人 - Google Patents
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Abstract
仿生四足机器人,包括躯干和腿;四条腿两两对称安装在躯干的前端两侧和后端两侧;腿包括壳体、平行四边形机构、步进电机A、深沟球轴承、电机座、水平转轴A、步进电机B及摆动驱动机构;摆动驱动机构设在躯干与水平转轴A之间,其用于驱动水平转轴A转动。本实用新型腿部运动方式灵活多样,无运动约束,可实现全方向运动。步进电机A可驱动平行四边形机构变形,以模拟小腿摆动,步进电机B可驱动平行四边形机构整体平行于行进方向摆动,以模拟大腿前后摆动,步进电机C可驱动平行四边形机构整体垂直于行进方向摆动,以模拟大腿左右摆动。
Description
技术领域
本实用新型涉及四足机器人技术领域,特别是一种仿生四足机器人。
背景技术
长久以来,轮子的广泛应用为人类提供了大量便利。然而在不断使用和改进过程中,人们逐渐认识到轮子的局限性。陆地表面有各种崎岖地形,包括山地、丘陵、峭壁等,传统的轮式与履带式车辆难以在这些地形行走,然而许多陆生动物能够在这些崎岖地形灵活奔跑跳跃,这给我们以下启示:腿足移动方式在崎岖地形具有极大优势。
足式机器人是集机械、电子、计算机、传感器、控制技术等多门学科为一体的综合技术,反应了一个国家的智能化和自动化的研究水平,同时也是一个国家高科技技术的综合表现。足式机器人有优于轮式、履带式和蠕动式机器人的出色表现,拥有多种步态,而且具有一定的越障功能,这大大拓展了其应用范围,特别适用于在复杂地形条件下进行探险、勘察,在多个领域都能得到广泛的应用。
目前,足式机器人的结构设计难点就在于其腿部结构设计,腿部的结构是决定其是否能灵活运动、是否能适应复杂地形环境的关键。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术的不足,而提供一种仿生四足机器人,它基于精巧的腿部结构设计,可实现全方位移动,具有优秀的灵活性和越障性能。
本实用新型的技术方案是:仿生四足机器人,包括躯干和腿;四条腿两两对称安装在躯干的前端两侧和后端两侧;腿包括壳体、平行四边形机构、步进电机A、深沟球轴承、电机座、水平转轴A、步进电机B及摆动驱动机构;
壳体上部设有用于安装深沟球轴承的上安装腔,壳体下部设有用于安装步进电机A的下安装腔;
平行四边形机构包括杆A、杆B、杆C和杆D,杆A平行于杆B,杆C平行于杆D,杆A前端与杆C上端铰接,杆A后端与杆D上端铰接,杆C下端与杆B前端铰接,杆D下端与杆B中部铰接,而形成一个可变形的平行四边形框架;
步进电机A固定安装在壳体下部的下安装腔内,其机轴与杆A关联,以驱动杆A绕杆A与杆D的铰接点转动,进而驱动平行四边形机构变形;
深沟球轴承安装在壳体上部的上安装腔内,其外圈与壳体固接,其内圈与电机座固接;
电机座固接在水平转轴A上;
水平转轴A两端活动安装在躯干上;
步进电机B固定安装在电机座上,其机轴与壳体固接;
摆动驱动机构设在躯干与水平转轴A之间,其用于驱动水平转轴A转动。
本实用新型进一步的技术方案是:摆动驱动机构包括连接块A、丝杠、步进电机C、螺母、连接块B、水平转轴B及竖向传递轴;连接块A上设有贯通孔A和安装槽;丝杠水平布置并垂直于水平转轴A;步进电机C固定安装在躯干上,其机轴与丝杠连接,以驱动丝杠转动;螺母固定安装在连接块A的贯通孔A中,并与丝杠螺纹连接;连接块B通过水平转轴B活动安装在连接块A的安装槽内,其上设有供竖向传递轴穿过的贯通孔B;竖向传递轴下端固接在电机座上,上端穿过连接块B的贯通孔B,其与连接块B之间相对滑动配合。
本实用新型再进一步的技术方案是:其还包括安装在躯干上的摄像头。
本实用新型与现有技术相比具有如下优点:
1、每条腿的落脚点不限于行进方向直线上的点,可以是一片区域内的任意一点,即落足点是离散的,可基于摄像头显示的实时路况人工控制腿的动作,选择一个较优的落足点,以跨越或避开障碍,提高了对崎岖地形的适应能力。
2、腿部运动方式灵活多样,无运动约束,可实现全方向运动。步进电机A可驱动平行四边形机构变形,以模拟小腿摆动,步进电机B可驱动平行四边形机构整体平行于行进方向摆动(即前后方向),以模拟大腿前后摆动,步进电机C可驱动平行四边形机构整体垂直于行进方向摆动(即左右方向),以模拟大腿左右摆动。
3、足端运动与躯干质心运动解耦,可实现主动隔振,进而实现在起伏不平的地形运动时躯干保持平稳。
4、相比轮式运动,腿足式运动在不平坦或松散地面上仍能实现较高的移动速度,相比平地上运动能耗不会显著增加。
以下结合图和实施例对本实用新型作进一步描述。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图;
图2为摆动驱动机构中的部分零部件连接关系示意图。
具体实施方式
实施例1:
如图1-2所示,仿生四足机器人,包括躯干1和腿2。四条腿2两两对称安装在躯干1的前端两侧和后端两侧。
腿2包括壳体21、平行四边形机构、步进电机A23、深沟球轴承、电机座24、水平转轴A25、步进电机B26及摆动驱动机构。
壳体21上部设有用于安装深沟球轴承的上安装腔(图中未示出),壳体21下部设有用于安装步进电机A23的下安装腔(图中未示出)。
平行四边形机构包括杆A221、杆B222、杆C223和杆D224,杆A221平行于杆B222,杆C223平行于杆D224,杆A221前端与杆C223上端铰接,杆A221后端与杆D224上端铰接,杆C223下端与杆B222前端铰接,杆D224下端与杆B222中部铰接,而形成一个可变形的平行四边形框架。
步进电机A23固定安装在壳体21下部的下安装腔内,其机轴与杆A221关联,以驱动杆A221绕杆A221与杆D224的铰接点转动,进而驱动平行四边形机构变形。
深沟球轴承(图中未示出)安装在壳体21上部的上安装腔内,其外圈与壳体21固接,其内圈与电机座24固接。
电机座24固接在水平转轴A25上。
水平转轴A25两端活动安装在躯干1上。
步进电机B26固定安装在电机座24上,其机轴与壳体21固接。
摆动驱动机构设在躯干1与水平转轴A25之间,其用于驱动水平转轴A25转动。摆动驱动机构包括连接块A271、丝杠272、步进电机C273、螺母274、连接块B275、水平转轴B276及竖向传递轴277。连接块A271上设有贯通孔A和安装槽2711。丝杠272水平布置并垂直于水平转轴A25。步进电机C273固定安装在躯干1上,其机轴与丝杠272连接,以驱动丝杠272转动。螺母274固定安装在连接块A271的贯通孔A中,并与丝杠272螺纹连接。连接块B275通过水平转轴B276活动安装在连接块A271的安装槽2711内,其上设有供竖向传递轴277穿过的贯通孔B。竖向传递轴277下端固接在电机座24上,上端穿过连接块B275的贯通孔B,其与连接块B275之间相对滑动配合。
优选,躯干1上安装有摄像头(图中未示出),基于摄像头提供的图像可实现远程操控。
简述本实用新型的工作流程:
本实用新型可实现慢步步态和慢跑步态,慢步步态适用于崎岖、稳定性较差的地形,慢跑步态适用于平坦、稳定性较好的地形。
慢步步态控制方法:1、先控制躯干前端左侧腿向前迈出一步;2、再控制躯干后端右侧腿向前迈出一步;3、接着控制躯干前端右侧腿向前迈出一步,前端右侧腿迈步的同时,带动躯干向前移动一个步距;4、最后控制躯干后端左侧腿向前迈出一步,即完成慢步步态控制的一个循环。
慢跑步态控制方法:1、先控制躯干前端右侧腿和躯干后端左侧腿同时向前迈出一步;2、再控制躯干前端左侧腿和躯干后端右侧腿同时向前迈出一步,前端左侧腿和后端右侧腿迈步的同时,带动躯干向前移动一个步距,即完成慢跑步态控制的一个循环。
上述2种步态下的转弯仅需控制躯干两侧腿迈出的步距不一致即可实现,即差速转向。
Claims (3)
1.仿生四足机器人,其特征是:包括躯干和腿;四条腿两两对称安装在躯干的前端两侧和后端两侧;腿包括壳体、平行四边形机构、步进电机A、深沟球轴承、电机座、水平转轴A、步进电机B及摆动驱动机构;
壳体上部设有用于安装深沟球轴承的上安装腔,壳体下部设有用于安装步进电机A的下安装腔;
平行四边形机构包括杆A、杆B、杆C和杆D,杆A平行于杆B,杆C平行于杆D,杆A前端与杆C上端铰接,杆A后端与杆D上端铰接,杆C下端与杆B前端铰接,杆D下端与杆B中部铰接,而形成一个可变形的平行四边形框架;
步进电机A固定安装在壳体下部的下安装腔内,其机轴与杆A关联,以驱动杆A绕杆A与杆D的铰接点转动,进而驱动平行四边形机构变形;
深沟球轴承安装在壳体上部的上安装腔内,其外圈与壳体固接,其内圈与电机座固接;
电机座固接在水平转轴A上;
水平转轴A两端活动安装在躯干上;
步进电机B固定安装在电机座上,其机轴与壳体固接;
摆动驱动机构设在躯干与水平转轴A之间,其用于驱动水平转轴A转动。
2.如权利要求1所述的仿生四足机器人,其特征是:摆动驱动机构包括连接块A、丝杠、步进电机C、螺母、连接块B、水平转轴B及竖向传递轴;连接块A上设有贯通孔A和安装槽;丝杠水平布置并垂直于水平转轴A;步进电机C固定安装在躯干上,其机轴与丝杠连接,以驱动丝杠转动;螺母固定安装在连接块A的贯通孔A中,并与丝杠螺纹连接;连接块B通过水平转轴B活动安装在连接块A的安装槽内,其上设有供竖向传递轴穿过的贯通孔B;竖向传递轴下端固接在电机座上,上端穿过连接块B的贯通孔B,其与连接块B之间相对滑动配合。
3.如权利要求2所述的仿生四足机器人,其特征是:其还包括安装在躯干上的摄像头。
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